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  氫燃料電池特別是質子交換膜(PEM)燃料電池技術，作為一種清潔的、可靠的能量來源，具有使用條件溫和、能量轉化率高、零排放等諸多優點。圍繞質子交換膜燃料電池的研究是當前國際研究的前沿和熱點，其核心技術之一在于質子交換膜。目前僅有的幾種已商業化的質子交換膜材料，如Nafion，存在合成步驟復雜、價格昂貴、工作最適溫度區間窄等缺點。因此，開發新型的可用于氫燃料電池質子交換膜的新材料具有重要意義。共價有機框架(COFs)是一種新型的晶態多孔有機高分子材料，具有高比表面積、孔道大小可調、結構和功能可定制等優點，有望作為一種理想的質子傳導材料。

圖1. NKCOFs分步合成路線圖及其結構圖

  南開大學化學學院張振杰特聘研究員課題組發展了一種分步合成的新思路，制備了一系列高結晶、高穩定的新型多孔共價有機框架材料(NKCOFs)。并通過“內外兼修”(預先合成和后修飾)的策略，使NKCOFs實現了1.13×10^–1S cm^–1的超高質子導電率。在制備成質子交換膜應用于氫燃料電池后，獲得了81 mW cm^–2的最大輸出功率密度，創造了COFs材料的新紀錄。

圖2. NKCOFs應用于燃料電池的示意圖

  該工作最近發表于Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201913802。文章第一作者為南開大學化學學院三年級博士生楊毅，通訊作者是南開大學化學學院的張振杰特聘研究員。項目感謝南開大學和國家自然科學基金的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913802